Genetinės ir ląstelinės terapijos

Genetinės ir ląstelinės terapijos

Genetinės ir ląstelinės terapijos pažanga atvėrė naujas medicinos ribas, ypač srityse, susijusiose su raumenų augimo skatinimu ir traumų gydymu. Tokios genų redagavimo technologijos kaip CRISPR-Cas9 pakeitė mūsų gebėjimą modifikuoti genetinę medžiagą neįtikėtinai tiksliu būdu. Tuo pačiu metu kamieninių ląstelių tyrimai siūlo perspektyvias kryptis, leidžiančias atkurti pažeistas audinių struktūras ir gydyti degeneracines ligas. Šiame straipsnyje nagrinėjamas genų redagavimo potencialas, siekiant skatinti raumenų augimą, bei aptariamos kamieninių ląstelių tyrimų taikymo galimybės traumų gydyme, pateikiant išsamią apžvalgą, paremtą naujausiais moksliniais atradimais.

Genų redagavimas: potencialas raumenų augimo skatinimui

Genų redagavimo technologijų apžvalga

  • CRISPR-Cas9
    Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)-Cas9 yra revoliucinė genų redagavimo priemonė, leidžianti tiksliai, efektyviai ir ekonomiškai modifikuoti DNR sekas. Išsivysčiusi iš bakterijų gynybinės sistemos, CRISPR-Cas9 naudoja vadovaujančią RNR, nukreipiančią Cas9 fermentą į konkrečią DNR seką, kur jis sukuria dvigubo grandinės lūžį, taip suteikdamas galimybę redaguoti genus.
  • TALENs ir ZFNs
    • Transcription Activator-Like Effector Nucleases (TALENs): Tai inžineriniai baltymai, kuriuos galima pritaikyti taikyti konkrečioms DNR sekoms.
    • Zinc Finger Nucleases (ZFNs): Tai sintetiniai baltymai, jungiantys cinko pirštų DNR prisijungimo domeną su DNR skaidymo domeną.
      Nors TALENs ir ZFNs buvo naudojami prieš CRISPR-Cas9, jie yra sudėtingesni ir mažiau efektyvūs, todėl CRISPR laikoma pageidaujama technologija dabartiniuose tyrimuose.

Mechanizmai, leidžiantys raumenų augimą per genų redagavimą

  • Miostatino genų inhibicija
    Miostatinas yra baltymas, kuris slopina raumenų augimą. MSTN geno, kuris koduoja miostatino, mutacijos lemia padidėjusią raumenų masę. Genų redagavimas gali būti naudojamas sutrikdyti MSTN geną, sumažinant miostatino lygį ir skatinant raumenų hipertrofiją.
    • Gyvūnų tyrimai: CRISPR-Cas9 taikymas MSTN genui sutrikdyti pelėsuose lėmė reikšmingą raumenų augimą.
    • Taikymo sritys: Potencialūs gydymo metodai raumenų nykimo ligoms, tokioms kaip raumenų distrofija.
  • IGF-1 geno sustiprinimas
    Insulino panašaus augimo faktorius 1 (IGF-1) atlieka lemiamą vaidmenį raumenų vystymesi ir regeneracijoje. IGF-1 ekspresijos didinimas per genų redagavimą gali skatinti raumenų augimą ir gijimą.
    • Tyrimų rezultatai: Gyvūnų modeliuose IGF-1 perrašymas rodo padidėjusią raumenų masę ir jėgą.
    • Gydymo potencialas: Gali padėti raumenų traumų atsigavime ir kovoti su su amžiumi susijusiu raumenų nykimu.

Dabartiniai tyrimai ir atradimai

  • Gyvūnų tyrimai:
    • Duhanos raumenų distrofija (DMD): CRISPR-Cas9 buvo naudojamas taisyti DMD sukeltas mutacijas pelėsuose, atstatant distrofino sintezę ir gerinant raumenų funkciją.
    • Gyvulininkystės gerinimas: Genų redagavimas padėjo sukurti galvijus ir kiaules, turinčias padidėjusią raumenų masę, sutrikdant MSTN geną.
  • Potencialios taikymo galimybės žmonėms:
    • Genų terapijos klinikiniai tyrimai: Ankstyvosios stadijos klinikiniai tyrimai tiria saugumą ir efektyvumą, taikant genų redagavimą genetinių raumenų sutrikimų gydymui.
    • Pasiekimų gerinimas: Kyla etinių klausimų dėl genų redagavimo naudojimo sportiniams rezultatams gerinti.

Etiniai svarstymai ir reglamentavimo sistema

  • Nepageidaujamos poveikio rizika: Netikėti genetiniai pakeitimai gali turėti žalingų pasekmių.
  • Germinalinio lygmens redagavimas: Pokyčiai spermatozėse ir kiaušialąstėse gali būti paveldimi, keliančius etikos klausimus.
  • Reglamentavimas: Tokios organizacijos kaip FDA ir EMA reglamentuoja genų redagavimo terapijas, akcentuodamos saugumo ir etikos atitikimą.

Kamieninių ląstelių tyrimai: taikymas traumų gijimui

Naudojamų kamieninių ląstelių tipai raumenų atkūrimui

  • Embrioninės kamieninės ląstelės (ESCs):
    • Savybės: Pluripotentinės ląstelės, gebančios diferencijuotis į bet kurį ląstelių tipą.
    • Taikymas: Potencialas generuoti raumenų ląsteles, tačiau etiniai klausimai riboja jų naudojimą.
  • Suaugusiųjų kamieninės ląstelės (satelitinės ląstelės):
    • Savybės: Raumenų specifinės kamieninės ląstelės, dalyvaujančios augimo ir gijimo procesuose.
    • Taikymas: Gali būti izoliuojamos ir išplečiamos autologiniam transplantavimui.
  • Indukuotos pluripotentinės kamieninės ląstelės (iPSCs):

1.                      Savybės: Somatinės ląstelės, perprogramuotos į pluripotentinę būseną.

2.                      Privalumai: Vengia etinių problemų, susijusių su ESCs, bei sumažina imuninės reakcijos riziką.

Kamieninių ląstelių terapijos mechanizmai raumenų traumų gydyme

  • Diferencijacija į raumenų ląsteles:
    Kamieninės ląstelės gali diferencijuotis į mioblastus, kurie susilieja formuodami naujas raumenų skaidulas.
    • Procesas: Kamieninės ląstelės indukuojamos ekspresuoti raumenų specifinius genus.
    • Rezultatas: Pažeisto raumenų audinio regeneracija, atstatant funkciją.
  • Parakriniai efektai:
    Kamieninės ląstelės išskiria augimo faktorius ir citochinas, kurie skatina audinio gijimą.
    • Privalumai: Skatina angiogenezę, mažina uždegimą ir stimuliuoja vietines ląsteles.

Klinikiniai tyrimai ir dabartiniai rezultatai

  • Priekliniai tyrimai:
    • Graužikų modeliai: Kamieninių ląstelių transplantacija pagerino raumenų regeneraciją ir stiprumą pelėsuose.
    • Didžiųjų gyvūnų tyrimai: Tyrimai šunims, sergantiems raumenų distrofija, parodė atstatytą raumenų funkciją.
  • Žmonių klinikiniai tyrimai:
    • Vykstantys klinikiniai tyrimai: Tyrimai, skirti ištirti kamieninių ląstelių terapijų saugumą ir efektyvumą, gydant tokias būkles kaip DMD ir išemijos sukeltos galūnių ligos.
    • Pirminiai rezultatai: Kai kurie tyrimai rodo pagerėjusią raumenų funkciją ir sulėtėjusį ligos progresavimą.

Iššūkiai ir ateities kryptys

  • Imuninės reakcijos rizika:
    • Alogeninė transplantacija: Galimybė, kad imuninė sistema reaguos prieš donorines ląsteles.
    • Sprendimai: Autologinių ląstelių naudojimas arba imunosupresinės terapijos taikymas.
  • Etikos klausimai:
    • Embrioninės kamieninės ląstelės: Etiniai klausimai, susiję su embrioninio audinio naudojimu.
    • Reglamentavimo priežiūra: Griežtos gairės reglamentuoja kamieninių ląstelių tyrimus.
  • Gaminių gamyba dideliais mastais:
    • Gamintojų iššūkiai: Sunku gaminti didelius kamieninių ląstelių kiekius.
    • Kokybės kontrolė: Užtikrinti nuoseklumą ir saugumą ląstelių produktuose.

Genetinės ir ląstelinės terapijos turi didžiulį potencialą skatinti raumenų augimą ir gydyti traumas. Genų redagavimo technologijos, tokios kaip CRISPR-Cas9, leidžia tiksliai atlikti modifikacijas, kurios gali skatinti raumenų hipertrofiją ir taisyti genetinius defektus. Kamieninių ląstelių tyrimai siūlo perspektyvias strategijas, padedančias atkurti pažeistą raumenų audinį per diferencijaciją ir parakrinius efektus. Nors pasiektas reikšmingas progresas, iššūkiai, tokie kaip etiniai klausimai, imuninės reakcijos ir techniniai apribojimai, tebėra. Tęsiami tyrimai ir klinikiniai bandymai toliau atveria kelią saugioms ir veiksmingoms gydymo priemonėms, skirtoms raumenų ligoms ir traumoms gydyti.

Naudota literatūra

  1. Doudna, J. A., & Charpentier, E. (2014). The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science, 346(6213), 1258096.
  2. Joung, J. K., & Sander, J. D. (2013). TALENs: A widely applicable technology for targeted genome editing. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 14(1), 49–55.
  3. Urnov, F. D., et al. (2010). Genome editing with engineered zinc finger nucleases. Nature Reviews Genetics, 11(9), 636–646.
  4. McPherron, A. C., et al. (1997). Regulation of skeletal muscle mass in mice by a new TGF-beta superfamily member. Nature, 387(6628), 83–90.
  5. Qin, L., et al. (2018). CRISPR/Cas9 system-induced mutation of myostatin gene in rabbits. Cellular Physiology and Biochemistry, 47(4), 1668–1679.
  6. Rodgers, B. D., & Garikipati, D. K. (2008). Clinical, agricultural, and evolutionary biology of myostatin: A comparative review. Endocrine Reviews, 29(5), 513–534.
  7. Philippou, A., et al. (2007). The role of the insulin-like growth factor 1 (IGF-1) in skeletal muscle physiology. In Vivo, 21(1), 45–54.
  8. Barton-Davis, E. R., et al. (1998). Viral mediated expression of insulin-like growth factor I blocks the aging-related loss of skeletal muscle function. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95(26), 15603–15607.
  9. Long, C., et al. (2014). Prevention of muscular dystrophy in mice by CRISPR/Cas9–mediated editing of germline DNA. Science, 345(6201), 1184–1189.
  10. Wang, X., et al. (2015). CRISPR/Cas9-mediated MSTN disruption and heritable mutagenesis in goats causes increased body mass. Scientific Reports, 5, 13878.
  11. ClinicalTrials.gov. (2021). Search of: gene editing AND muscular dystrophy. Retrieved from https://clinicaltrials.gov/
  12. Isasi, R., et al. (2016). Editing policy to fit the genome? Science, 351(6271), 337–339.
  13. Fu, Y., et al. (2013). High-frequency off-target mutagenesis induced by CRISPR-Cas nucleases in human cells. Nature Biotechnology, 31(9), 822–826.
  14. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. (2017). Human genome editing: Science, ethics, and governance. National Academies Press.
  15. U.S. Food and Drug Administration. (2020). Human gene therapy for genetic disorders. Retrieved from https://www.fda.gov/
  16. Thomson, J. A., et al. (1998). Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science, 282(5391), 1145–1147.
  17. Lo, B., & Parham, L. (2009). Ethical issues in stem cell research. Endocrine Reviews, 30(3), 204–213.
  18. Lepper, C., et al. (2011). Adult satellite cells and embryonic muscle progenitors have distinct genetic requirements. Nature, 460(7255), 627–631.
  19. Montarras, D., et al. (2005). Direct isolation of satellite cells for skeletal muscle regeneration. Science, 309(5743), 2064–2067.
  20. Takahashi, K., & Yamanaka, S. (2006). Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell, 126(4), 663–676.
  21. Robinton, D. A., & Daley, G. Q. (2012). The promise of induced pluripotent stem cells in research and therapy. Nature, 481(7381), 295–305.
  22. Chargé, S. B., & Rudnicki, M. A. (2004). Cellular and molecular regulation of muscle regeneration. Physiological Reviews, 84(1), 209–238.
  23. Darabi, R., et al. (2012). Human ES- and iPS-derived myogenic progenitors restore DYSTROPHIN and ameliorate pathology in dystrophic mice. Cell Stem Cell, 10(5), 610–619.
  24. Skuk, D., & Tremblay, J. P. (2011). Intramuscular cell transplantation as a potential treatment of myopathies: Clinical and preclinical studies. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease, 1812(2), 208–217.
  25. Gnecchi, M., et al. (2008). Paracrine mechanisms in adult stem cell signaling and therapy. Circulation Research, 103(11), 1204–1219.
  26. Caplan, A. I., & Correa, D. (2011). The MSC: An injury drugstore. Cell Stem Cell, 9(1), 11–15.
  27. Sacco, A., et al. (2010). Self-renewal and expansion of single transplanted muscle stem cells. Nature, 456(7221), 502–506.
  28. Kornegay, J. N., et al. (2012). Canine models of Duchenne muscular dystrophy and their use in therapeutic strategies. Mammalian Genome, 23(1-2), 85–108.
  29. U.S. National Library of Medicine. (2021). ClinicalTrials.gov. Retrieved from https://clinicaltrials.gov/
  30. Mendell, J. R., et al. (2020). Longitudinal effect of gene therapy on muscular dystrophy. New England Journal of Medicine, 383(10), 927–939.
  31. Daley, G. Q., & Scadden, D. T. (2008). Prospects for stem cell-based therapy. Cell, 132(4), 544–548.
  32. Trounson, A., & McDonald, C. (2015). Stem cell therapies in clinical trials: Progress and challenges. Cell Stem Cell, 17(1), 11–22.
  33. Hyun, I. (2010). The bioethics of stem cell research and therapy. The Journal of Clinical Investigation, 120(1), 71–75.
  34. International Society for Stem Cell Research. (2016). Guidelines for stem cell research and clinical translation. Retrieved from https://www.isscr.org/
  35. Zakrzewski, W., et al. (2019). Stem cell therapies for tissue engineering and regenerative medicine. Stem Cells International, 2019, 1–24.
  36. Chen, K. G., et al. (2014). Challenges and opportunities for translation of stem cell therapies. Cell Stem Cell, 14(6), 647–656.

 

← Ankstesnis straipsnis                    Kitas straipsnis →

 

 

Į pradžią

Вернуться к блогу